Arquitectura de Computadoras: Componentes, Historia y Funcionamiento

La Pirámide de la Memoria

La memoria en un sistema informático se puede visualizar como una pirámide, donde cada nivel representa un tipo de almacenamiento con características distintas:

• Almacenamiento Volátil:
• Registro CPU-Cache (L1, L2, L3, L4)
• Memoria RAM física
• Memoria virtual
• Almacenamiento Permanente:
• Dispositivos de almacenamiento secundario: SSD, HDD, ROM
• Almacenamiento extraíble
• Dispositivos de Entrada/Salida: Teclado, ratón

En la cima de la pirámide, encontramos la memoria más rápida y costosa, pero con menor capacidad. A medida que descendemos, la velocidad disminuye, el costo de fabricación se reduce y la capacidad de almacenamiento aumenta.

CPU (Unidad Central de Procesamiento)

La CPU (Central Processing Unit, Unidad Central de Procesamiento) es el cerebro del ordenador, encargada de ejecutar las instrucciones de los programas.

Ley de Moore

La Ley de Moore, propuesta por el cofundador de Intel en 1965, establece que la cantidad de transistores dentro de un chip se duplica aproximadamente cada dos años, lo que conlleva una reducción de los costos y un aumento en el rendimiento.

Unidad de Control (UC)

La Unidad de Control (UC) es un componente fundamental del PC. Dirige y controla el funcionamiento del resto de los componentes, extrayendo las instrucciones de la memoria, descifrándolas y ejecutándolas. La UC contiene un reloj que sincroniza las operaciones.

BIOS (Basic Input/Output System)

La BIOS contiene el programa de arranque del PC, realiza el diagnóstico del ordenador y permite modificar la configuración básica del sistema. Es una memoria volátil alimentada por una pila, que se encarga de conservar los parámetros de la BIOS cuando el ordenador está apagado.

Arquitectura de Von Neumann

La Arquitectura de Von Neumann consta de cinco partes principales:

• Unidad Aritmético Lógica (ALU)
• Unidad de Control (UC)
• Memoria
• Dispositivos de Entrada/Salida
• Bus de datos

Historia de las Computadoras

• 1ª Generación (1946-1958): Tubos de vacío, grandes dimensiones, alto consumo de energía, generación de calor y baja velocidad.
• 2ª Generación (1958-1964): Transistores para procesar información.
• 3ª Generación (1964-1971): Desarrollo de circuitos integrados (pastillas de silicio).
• 4ª Generación (1971-1983): Desarrollo del microprocesador.
• 5ª Generación (1984-1999): Impulso del desarrollo de software.
• 6ª Generación (1999-Actualidad): Evolución continua en hardware y software.

Definiciones Clave

• Ordenador/Computadora: Sistema electrónico complejo que procesa información y produce resultados.
• Programa: Conjunto de instrucciones escritas en un lenguaje de programación que controlan el funcionamiento del ordenador.
• Software: Parte lógica del ordenador, incluyendo el sistema operativo y las instrucciones para el hardware.
• Hardware: Parte física del ordenador.
• Firmware: Bloque de instrucciones de máquina para propósitos específicos, que maneja físicamente el hardware.

Unidades de Medida

• Almacenamiento: Byte
• Frecuencia: Hercios (Hz)
• Velocidad de Transmisión: Bits por segundo (bps)

Buses

• Bus de Direcciones: Unidireccional.
• Bus de Datos: Bidireccional.
• Bus de Control: Controla la gestión de acceso y uso de las líneas de datos.

Estructura del Microprocesador

• Unidad de Control
• Unidad Aritmético Lógica
• Registros

Procesador Multinúcleo

Un microprocesador capaz de ejecutar cada proceso de manera concurrente (no paralela). Un procesador multinúcleo permite la ejecución simultánea de varios programas (paralela).

Memoria Caché

Memoria tipo SRAM (volátil) que aumenta la velocidad de acceso a los datos.

Memoria RAM (Random Access Memory)

Memoria de lectura/escritura, de gran velocidad y volátil, costosa y de capacidad limitada.

Memoria ROM (Read Only Memory)

Memoria de solo lectura, permanente.

Soportes de Almacenamiento

• Magnético: Superficie recubierta por material sensible que reacciona a un campo magnético.
• Ópticos: Utilizan técnicas de precisión exactas, enfocando un rayo láser en la superficie para leer y escribir la información (CD-ROM, DVD, Blu-Ray).